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深入电网核心：现代电力系统规划与运行的全面指南 《电力系统分析与设计》 (Power System Analysis and Design) 本著作旨在为读者提供一个全面、深入且极具实践指导意义的框架，用于理解、分析和设计现代电力系统。本书重点关注在能源结构转型、分布式发电接入以及电力电子设备广泛应用的背景下，电力系统所面临的关键挑战与前沿解决方案。我们致力于构建一座连接理论基础与工程实践的坚实桥梁，使工程师、研究人员和高级学生能够熟练掌握系统级规划、运行优化与可靠性评估的最新技术。 --- 第一部分：电力系统基础与建模的深化 本部分奠定了深入理解复杂电力系统的必要基础，但视角更侧重于现代系统对精确建模的更高要求。 第一章：电力系统元件的先进表征 本章超越了传统的忽略元件参数的简化模型，深入探讨了高压直流输电（HVDC）换流站、柔性交流输电系统（FACTS）设备（如SVC、STATCOM、TCSC）在系统动态仿真中的精确模型建立。讨论涵盖了不同工作模式下非线性元件的建模技术，以及如何将这些模型集成到大规模系统仿真环境（如PSCAD/EMTDC或MATPOWER）中。特别强调了状态估计中高频暂态过程对模型准确性的影响。 第二章：潮流计算的算法革新与应用 除了牛顿-拉夫逊法和快速解法，本章详细剖析了适用于大规模、强非线性系统（特别是含有大量并网逆变器接口的系统）的先进潮流算法。重点介绍基于牛顿法改进的修正法、基于二次规划（QP）的优化潮流（OPF）在系统规划中的应用，以及如何处理含有大量电压源逆变器（VSG）接口的系统的收敛性问题。章节将探讨如何利用并行计算技术加速大规模电网潮流的迭代过程。 第三章：对称分量法在新兴领域的延伸 传统对称分量法在新兴不对称故障分析中仍是核心工具，但本章将其扩展至包含多端柔性直流系统（MTDC）和包含电力电子变流器的配电网络。深入分析了在含有非线性谐波源和复杂接地系统时的三相不对称故障分析，以及如何利用对称分量法快速隔离由新能源接入导致的故障特征变化。 --- 第二部分：电力系统动态分析与稳定性控制 本部分是本书的核心，聚焦于如何在高渗透率新能源背景下确保电网的稳定运行，特别是动态响应的精确预测与控制。 第四章：暂态稳定性的深入分析与评估 本章详细阐述了暂态稳定性的评估方法，从传统的能量函数法（Equal Area Criterion）发展到基于同步发电机组的详细时域仿真。关键内容在于分析并网逆变器（如风电场、光伏电站）对系统惯量和阻尼特性的影响。探讨了惯量响应的缺乏如何导致次暂态或高频振荡，并介绍了基于能量函数法的变流器控制系统的稳定性边界分析方法。 第五章：小扰动稳定性与特征值分析 着重于小扰动稳定性，即电压稳定性和低频振荡问题。详细介绍了线性化模型（模态分析）在特征值计算中的应用，并深入探讨了系统的固有模态（Eigenmodes）如何揭示系统中的薄弱环节。本章还针对FACTS设备和PMSG风机的控制参数优化，进行系统的阻尼比分析和特征值轨迹跟踪，以确保在不同运行点下系统均具有足够的稳定裕度。 第六章：先进的动态补偿与稳定控制技术 本章是实践性最强的部分之一，介绍如何利用现代控制技术来增强系统动态性能。内容涵盖： FACTS应用： SVC、STATCOM在快速无功支撑和电压支撑中的部署策略。 同步发电机励磁系统的新一代控制： 诸如先进的功率系统稳定器（PSS）设计。 面向变流器的先进控制： 虚拟同步机（VSG）控制的深入剖析，包括其惯量模拟、阻尼注入机制及其对电网动态的贡献。 --- 第三部分：电力系统规划、优化与可靠性 本部分关注于如何利用先进的分析工具进行前瞻性的系统规划和日常运行优化，以实现经济性与可靠性的平衡。 第七章：优化潮流（OPF）在规划中的作用 本章详述了优化潮流（OPF）作为规划决策工具的全面应用。不仅包括传统的最小化发电成本目标函数，还深入探讨了在考虑碳排放限制、输电阻塞、电压越限惩罚项的多目标OPF模型构建。重点分析了如何将储能系统（BESS）的充放电约束和需求侧响应（DR）纳入长期规划的OPF框架中。 第八章：电磁暂态仿真与全耦合分析 本章强调了在新能源高渗透率下，传统的功角稳定性分析已不足够。详细介绍了电磁暂态（EMT）仿真在评估变流器与电网交互时的必要性。内容包括EMT仿真中变流器控制参数的精细调谐、次暂态过程的分析、谐波传播的评估，以及如何进行系统级电磁暂态与广域监测系统的集成（WAMS）。 第九章：电力系统可靠性评估与韧性增强 本章从系统韧性（Resilience）的角度重新审视可靠性评估。内容涵盖： 概率性可靠性指标（如LOLP, EENS）的计算： 如何纳入设备故障率和天气相关性。 故障分析与恢复策略： 针对极端事件（如大面积停电、自然灾害）后的快速孤岛化和自恢复（Self-Healing）策略的系统设计与仿真验证。 网络拓扑与冗余度设计： 如何通过最优化的网络结构设计来提升系统对随机故障的抵抗能力。 --- 第四部分：面向未来的技术集成与前沿挑战 本部分探讨了电力系统集成新技术所带来的分析与设计挑战。 第十章：微电网与分布式能源系统的协调控制 本章聚焦于微电网（Microgrids）的架构、运行模式（并网/孤岛）切换机制。重点分析了在孤岛模式下，如何利用无功/有功源的合理分配（基于下垂控制或无功功率/频率分配控制）实现电压和频率的精确稳定。同时，探讨了多个相互连接的微电网之间的能量交易与稳定性协调问题。 第十一章：储能系统（BESS）的并网与性能优化 详细分析了不同类型的储能技术（如锂离子电池、飞轮、压缩空气储能）的特性及其在电网中的应用场景（如调频、备用容量、延缓输电阻塞）。重点在于变流器与电网的动态交互建模，以及如何设计储能的运行策略以最大化其经济效益和电网稳定性贡献。 第十二章：数据驱动的系统运行与维护 展望利用大数据、机器学习在电力系统中的应用。讨论了如何利用PMU数据流进行在线状态估计、故障预测与快速预警。重点介绍基于深度学习的负荷预测模型改进，以及如何将预测结果实时反馈至优化调度系统，实现更精细化的运行控制。 --- 本书特色： 本书的编写严格遵循工程实践导向，每一章节的理论讲解后均配有详尽的工程实例和仿真案例分析。通过对复杂系统（如大型互联系统、高比例新能源接入系统）的深入建模与分析，确保读者不仅理解“是什么”，更能掌握“如何做”，从而胜任现代电力系统规划与运行的复杂任务。全书语言严谨，图表精炼，是电力领域专业人士不可或缺的参考手册。
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